Προσδιορισμός Της Επιτρεπτότητας Και Διαπερατότητας Μαγνητοηλεκτρικών Υλικών Με Τη Χρήση Παραμέτρων Σκέδασης

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο προσδιορισμός της διηλεκτρικής επιτρεπτότητας καιτης μαγνητικής διαπερατότητας υλικών με τη μέθοδο της Ανάκλασης/Διάδοσης. Για τον σκοπό αυτό, χρησιμο-ποιήθηκε ένας κυματοδηγός ορθογώνιας διατομής, εντός του οποίου τοποθετήθηκε το προς μελέτη υλικό καιμετρήθηκαν οι παράμετροι σκέδασης της διάταξης με Διανυσματικό Αναλυτή Δικτύων. Από αυτές καταλήξαμεστις τιμές της επιτρεπτότητας και της διαπερατότητας των υλικών που μελετήσαμε ακολουθώντας δύο διαφο-ρετικές προσεγγίσεις, η κάθε μια για διαφορετική κατηγορία υλικού.Η πρώτη προσέγγιση αφορούσε διηλεκτρικά υλικά χωρίς μαγνητικές ιδιότητες. Κατ' αρχήν, επιλύονταςτο αντίστοιχο ηλεκτρομαγνητικό πρόβλημα εκφράσαμε τις παραμέτρους σκέδασης ως συνάρτηση των χαρα-κτηριστικών του διαδιδόμενου και του ανακλώμενου κύματος εντός του κυματοδηγού με σκοπό να έχουμεμια αναλυτική σχέση μεταξύ των παραμέτρων σκέδασης και της σχετικής διηλεκτρικής σταθεράς. Εν συνεχείαπροσδιορίσαμε με μεγάλη ακρίβεια την τιμή της διηλεκτρικής σταθεράς κάνοντας χρήση της συνθήκης μη ανά-κλασης από το δοκίμιο σε συχνότητες στις οποίες το μήκος του δοκιμίου στο εσωτερικό του κυματοδηγού ήτανακέραιο πολλαπλάσιο του μισού μήκους κύματος μέσα στο υλικό. Εφαρμογή της μεθόδου έγινε στο πολυμερέςPoly(methyl methacrylate)-PMMA με τα αποτελέσματα να βρίσκονται σε πολύ καλή συμφωνία με αυτά τηςβιβλιογραφίας.Η δεύτερη κατηγορία υλικών που μελετήσαμε ήταν φερρίτες, υλικά των οποίων η διαπερατότητα παρου-σία στατικού μαγνητικού πεδίου περιγράφεται από ένα μη συμμετρικό τανυστή δεύτερης τάξης. Σε αυτήν τηνπερίπτωση υλικών είχαμε να προσδιορίσουμε τη διηλεκτρική επιτρεπτότητα και τα στοιχεία του τανυστή τηςμαγνητικής διαπερατότητας. Την επιτρεπτότητα την υπολογίσαμε απουσία μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιώ-ντας την προηγούμενη μέθοδο που εφαρμόσαμε και σε διηλεκτρικά υλικά.Για τη μαγνητική διαπερατότητα, όμως, παρουσία μαγνητικού πεδίου ακολουθήσαμε μια διαφορετική προ-σέγγιση. Εκτελέσαμε προσομοίωση της διάταξης με τη χρήση του υπολογιστικού πακέτου CST MicrowaveStudio, με τις παραμέτρους της προσομοίωσης να είναι η μαγνήτιση και το εύρος ημίσεος πλάτους του υλι-κού. Η μαγνήτιση του υλικού προσδιορίστηκε με μαγνητικές μετρήσεις και, έτσι, έμεινε μόνο μια ελεύθερηπαράμετρος. Έτσι, καταφέραμε να καταλήξουμε με σημαντική ακρίβεια σε εκείνη την τιμή του εύρους ημίσεοςπλάτους για την οποία είχαμε ταύτιση μεταξύ των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων για διαφορετικές τιμέςτου πεδίου με τα αντίστοιχα πειραματικά δεδομένα. Ύστερα, έχοντας προσδιορίσει τη μαγνήτιση του υλικούκαι το εύρος ημίσεος πλάτους μπορέσαμε να υπολογίσουμε τη διαπερατότητα. Ως υλικό χρησιμοποιήθηκε τοY3Fe5O12 ένα σιδηριμαγνητικό υλικό με ευρεία εφαρμογή στη μικροκυματική τεχνολογία.Στην εργασία αυτή καταφέραμε να αναπτύξουμε μια απλή μεθοδολογία προσδιορισμού των ηλεκτρομαγνη-τικών χαρακτηριστικών γυροτροπικών υλικών με σημαντική ακρίβεια στη μικροκυματική περιοχή του φάσμα-τος, και συγκεκριμένα, στο εύρος συχνοτήτων από 8-15 GHz. Το παραπάνω εύρος το επέβαλαν οι διαστάσειςτου κυματοδηγού και η απαίτηση μας να έχουμε κυματοδήγηση ενός μόνο ρυθμού.Η εργασία αποτελείται από πέντε ενότητες. Στην πρώτη ενότητα συνοψίσαμε τις βασικές έννοιες του μα-γνητισμού και κάναμε μια σύντομη περιγραφή των κατηγοριών μαγνητικών υλικών. Έπειτα στρέψαμε το εν-διαφέρον μας στους φερρίτες και στα χαρακτηριστικά τους. Η δεύτερη ενότητα είχες ως θέμα την απόκριση τωνφερριτών παρουσία ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Εδώ εξετάσαμε το σιδηρομαγνητικό συντονισμό και τη διά-δοση κυμάτων σε φερρίτες. Στην τρίτη ενότητα περιγράψαμε τους μηχανισμούς διηλεκτρικής αποκατάστασης.Η τέταρτη ενότητα περιλαμβάνει εκείνα τα στοιχεία που μας είναι χρήσιμα από τη μικροκυματική τεχνολογία.Η παρουσίαση των αποτελεσμάτων μαζί με την επεξεργασία τους και τα αποτελέσματα περιγράφονται στηνενότητα 5.